室内空气 PM2.5 污染控制技术的研究现状及发展趋势

发布日期:2017-11-09

侯立安 中国工程院院士

一、室内 PM2.5 的防控概况

我们国家高度重视大气污染防治,国家领导人习近平总书记、李克强总理,包括分管环境的常委张高丽副总理,都有相关指示和论述。

自2012 年起至2015 年低,国家就大气污染发布了一系列重要的防治措施和行动,比如说实施了《蓝天科技工程》,特别是大气污染防治行动计划,这是2013 年发布的,简称气十条。现在我们国家已经发布了3个十条,水十条、土十条,而且环保部也已经专门成立了一个水司、气司、土司,进行空气污染的防治。《大气污染防治行动计划》实施几年来,今年工程院开始进行一些评估,总结大气十条发布以来取得的成功经验,和下一步将要开展的工作。另外我们国家大气污染防治也取得了积极的进展,这就主要体现在几个方面,大气主要污染物氮氧化物、硫氧化物,排放量持续大幅下降,提前半年完成“十二五”规划目标。

另外一方面,监测的城市在逐渐得增多。由2013 年的74 个地级市增加到2014 年的161 个,去年74 个城市空气质量达标天数(见表1)同比也在明显增加,PM2.5、PM10,氮氧化物、硫氧化物等污染物都在下降,但是非常遗憾的是臭氧浓度在上升,在规定的指标内对人体有益,但是超标了对人体有害的。中国PM2.5 问题还没有解决,臭氧问题又出现了。

总的来说就是环境空气的质量在向好的方向发展,虽然取得了一些成就,但是大气、PM2.5 污染依然比较严重。2014 年5 月,在世界卫生组织最新发布的1626 个世界城市空气质量数据库中,包括中国112 个城市PM2.5 年均值,其中兰州(第1591 名)、乌鲁木齐(第1566 名)、西安(第1556 名)、西宁(第1554 名)、北京(第1547 名)污染程度最严重,上海也较为严重(第1365 名) ,空气质量最好的海口也只是排在第953 名。有一些相关的数据,我们国家像邢台和保定,都被列为全球污染最严重的十个城市。

大气污染是这样一个情况,室内空气污染是什么状况呢?受大气PM2.5 污染严重的影响,我国室内PM2.5污染情况也不容乐观。2016 年3 月,清华大学建筑环境检测中心联合相关机构发布了国内首部家庭室内生态环境健康报告,公布了对北京、上海、广州、南京、西安、济南、杭州、重庆、成都九大城市近千户居民家庭室内PM2.5、甲醛等空气污染物的监测结果,报告显示,40.3% 的被调查者家中PM2.5 超标。

另外我们也承担了国家环保类的公益项目,也对北京、上海、广州等三个代表型城市,京津冀、长三角、珠三角各取了一个城市,北京、上海、广州,也对一些典型场所居室、幼儿园等地方开展了PM2.5 的监测,监测的效果有室内、室外,虽然有一些差别,在现在污染比较严重的情况下,室内基本上是低于室外的。

但是看到上海的情况,59.77 是室外的时候,室内就是58 了,室内跟室外基本扯平,如果我们进一步监测和分析,当室外大气空气在优的时候,50 以下的时候,可能室内PM2.5 高于室外PM2.5,原因我会进一步说明。

北京市住宅室内外PM2.5 浓度变化大家看到室内是红的,大气是黑颜色的,基本室外高的时候室内也高,室外低的时候室内也低,室内比室外有一个相对滞后的时间。另外我们也对PM2.5 进行化学分析,像苯并芘、多环芳径,都是超过国家相关的标准。

对于广州办公室对典型房间进行监测,砷、铬都是超标的,都存在着超标现象。通过呼吸道到达肺泡,50% 左右会沉积在肺里面,沉积在肺泡上的颗粒物有的会溶解,一旦溶解了就会随着血液流遍全身,损害血红蛋白输氧能力,引发心脏病、肺癌、支气管炎、动脉硬化等疾病,而且有相关资料表明PM2.5 对人的皮肤也有一种损害作用。

2015 年,《环境健康展望》报道:PM2.5 浓度每增加10μg/m3,自然死亡增加14%。2015 年清华大学发布的室内PM2.5 污染公益调研报告公布,相对于室外PM2.5 污染,室内PM2.5 污染对人的影响更显著,人均室内PM2.5 暴露量和潜在剂量为室外的4 倍。尽管这些监测资料是初步的,我们国家的源解析需要加强,但某种程度也能说明问题,室内的污染比室外污染对人的伤害更大。

2013 年全国PM2.5 重污染带来的过早死亡就达到6.5 万例,而且健康损失经济损失都是巨大的。室内PM2.5 的污染源主要是两部分。第一,大气来的。我们室内跟室外是联通的,并不完全密闭,大气污染了,那进到室内来,可能室内也存在着污染。第二,除了室内还有一些污染物,比如做饭、燃煤、吸烟,人在室内的吃喝拉撒,再加上使用办公物品等等。

与大气控制质量相比,室内空气质量具有易控、人员暴露时间长、健康效应明显持久等特点,我国应更加重视室内PM2.5 的防控。

二、室内PM2.5污染防控存在的问题

1、监测仪器的限制

我们大部分仪器都是进口国外,室内现在还缺乏一种能够测得准、灵敏度高、精确度高,价格又低廉,能够进入千家万户的产品。对于室内PM2.5 浓度监测来说,只有光散射法仪器比较适用,因为采用这种方法的仪器体积小、噪音低、携带方便。但是目前国产的光散射法PM2.5 浓度监测仪精度还不够高,经常需要返厂校准,仪器之间的一致性也有待于进一步提高。另外,我国还缺乏PM2.5 监测仪器认证/ 指定程序和性能评价标准。

2、污染特征不够清晰

2014 年底,覆盖338 个城市,有1436 个监测点位的全国“城市空气质量监测网” 建成,全部开展空气质量新标准监测,并公布6 项指标(可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物(PM2.5)、二氧化硫、二氧化氮、臭氧和一氧化碳)实时监测数据和空气质量指数(AQI)。相比而言,室内空气污染物(包括PM2.5)监测网络还未有建立。目前,只在北京、上海、广州、天津、西安等个别城市的典型场所开展了PM2.5 的浓度监测与化学成分分析,全国范围内的室内PM2.5 污染监测还未开展,因此对室内PM2.5 的浓度水平、化学成分、时空变化规律等污染特征掌握的还不清晰,缺乏针对性的防控措施。

3、来源解析有待加强

我国大气PM2.5 源解析已开展很多工作,2014 年北京、天津、石家庄和上海大气PM2.5 源解析结果已经发布,但室内PM2.5 污染源的来源解析有待进一步加强,源谱数据库尚未建立,排放清单也不够系统。本来我们室内污染控制的相关论文就少,但是在污染源解析方面的论文又只占室内空气污染研究方面论文的2.6% 左右,所以大家看看室内空气污染的源解析我们开展的工作少之又少。

4、健康风险评估研究较少

目前健康风险的评估研究较少,特别是统计学,我们光是泛泛地讲,可能是室内污染造成多少死亡,但更细的,或者从数量的关系去分析我们差了很多。你像国外早都有一些人群环境暴露,行为模式的研究报告,我们国家2011 年开始才有类似的研究,调查发现,我国的人群在室内活动的时间平均为1200min/d,约占一天时间83%,可见室内空气质量对人体健康影响更大。

PM2.5 健康风险研究缺乏规范的方法来决定PM2.5 的暴露剂量,也缺少PM2.5 暴露剂量与人群疾病效应确切的量化关系。光是这种病,可能是颗粒物造成的,跟颗粒物有很大的影响,但是没有一个确切的量化关系。从毒理学角度研究颗粒物的致毒机理,这方面工作开展得很少。

5、空气净化器市场不够规范

空气净化器的市场不够规范,五花八门、鱼龙混杂。另外根据相关资料报道,去年销售量排名前三名都是国外的产品,没有中国产品,这并不是说我们崇洋媚外,如果我们产品比它好,我相信大家不会用价格高于我们好几倍的产品。所以大部分产品效果不佳,当然过去的评价也不够规范。

6、新风系统存在的问题

新风系统都是把二氧化碳换掉了,对PM2.5 问题没有解决,而且我们PM2.5 很严重,所以新风系统就有几方面的问题存在。国内外的新风系统虽然叫法一样,但实际上有所差别:国外通常所说的新风就是指换气,减少室内二氧化碳浓度;而我国由于大气质量较差,所以我们需要在减少二氧化碳浓度的同时还需要过滤掉PM2.5 及其它颗粒物,因此我国的新风系统往往带有高性能过滤网(HEPA)等过滤净化装置,需要配备高功率的风机,由此带来以下问题:

(1)有一定的噪音;

(2)管道的清洗维护比较麻烦;

(3)能耗较高;

(4)成本较高。

7、室内空气质量标准体系不够完善

室内空气质量标准体系不够完善,2002 年颁布了《室内空气质量标准》,到现在十几年过去了,而且这个标准到现在也没有PM2.5 这个指标。再比如我们办公家具,我们的室内用品,单独的一项都可以是达标的,但综合在一个房子里面可能总体不达标,这样的矛盾也比较突出,这些问题都有待进一步改善。

三、室内PM2.5污染防控发展趋势

总的来说,我们一定做好顶层设计,从源头上控制,把大气的污染治理好,那么室内相对也会好点,但是有一点大家一定要注意,并不是大气好了室内就可以不治理了,这是两个概念。发达国家像美国、欧盟、日本这些国家空气质量很好,但是室内空气净化技术恰恰是由这些国家发展起来的。

室内空气标准体系需要完善,然后要基于大数据、云计算开展我们室内PM2.5 的检测研究,我们源解析建立不起来,我们要把互联网加应用上去,提供一些参考依据。同时还要开展室内PM2.5 污染模拟研究,通过这些研究我们就能有针对性的去评估PM2.5 污染情况和危害。另外加强源解析基础研究,综合运用源解析的技术,建立源谱数据库。

我们每一个城市都要针对这个城市的具体情况把源解析工作做好,把这些基础数据收集起来。另外完善室内PM2.5 的健康风险评估技术,由定性向定量的方向转化,由流行病学研究向开展独立学的研究转化,建立定量关系。开发先进的新风系统,在中国这样的情况下,新风系统首先要把污染的空气净化好,前端要加空气净化系统,然后把净化好的空气再接入到室内来。同时对里边一些管道、清理材料更新要加强。我们一个空调更换一个东西都很费劲,管道系统都是埋在地下的,你怎样清理?如果你不清理,长期不使用,一旦你用起来,至少前段时间的通风肯定是有污染的,这项工作要加强。但是你要加新风系统就得把你的工作做好。

加强室内空气污染的末端治理,这主要是一些净化器。吸附式的,过滤式的,光催化、等离子等等很多技术,综合运用这些技术来解决问题,按照新的净化器的标准,根据污染物的不同采用不同的净化器来解决问题。另外我这里面提出来一个系统工程理念,我们室内像装修装饰材料,一个采用绿色的环保的经过认定的材料,比如涂料,具有装饰装修涂料功能,同时又有净化空气功能的材料。“十二五”期间国家材料规划里面就提出,加强环境功能材料研究,实际上就是这种多功能材料。我们现在已经有一些了,但是还不太够,应用的不够广泛,要继续开展这方面工作。

另外也要筛选具有PM2.5 吸附作用的绿植。像这些绿植常春藤、绿萝、虎皮兰、芦荟等绿植,一定有相关的研究成果支撑,对甲醛、苯、氨都有吸附效果。能够对甲醛有一定的效果,对PM2.5 也还是有一定效果的,你要靠一盆虎皮兰和绿萝要解决室内的空气净化有难度,但毕竟对PM2.5 的吸附净化有一定的效果,同时又能美化我们室内的环境,要筛选这样的绿色植物,用在我们室内。同时也要改善我们的生活方式,抽烟对PM2.5贡献率非常大,做到一定不要在室内吸烟,室外现在也在控制,所以最好就是别抽烟。包括做饭我都有一些数据,原来我也不信,他们报道了之后我让我的学生,让我的团队专门做了一些实验,煮鸡蛋、炸鸡蛋确实有污染,煎炸的污染就是严重。所以大家尽量用清洁能源,采用蒸煮做饭方式,少抽烟。同时要借鉴国外发达国家的经验。

另外,我们也要提高对室内PM2.5 污染防控的认识,我们解决了室内的污染控制,实际上也是对大气污染控制做出了一个重要贡献。像北京、上海这样的大城市,北京两千多万人口,一个人的平均住房面积3 千多平方米,假如层高是两米五到三米范围内,这么大一个空间污染控制率都达标了,这不是对室外大气污染控制率一个重要贡献吗?我们一定要强调对室内污染的控制达标了,是对你大气污染控制的一个重要贡献,我们要呼吁起来,要高度重视把室内污染控制做好。所以为了改善室内空气质量,我们还是要共同地努力。